Akkuweiche

Rein theoretisch könnte man Akkus gleicher Technologie (Blei, LiPo, LiFePo4, NiMh) und Zellenzahl einfach parallel schalten. Denn der Grundsätzliche Aufbau eines jeden Akkus ist identisch: man hat im Akku in jeder Zelle zwei Elektroden mit einer bestimmten Fläche, die durch ein Elektrolyt voneinander getrennt sind. Je größer die Elektrodenfläche, desto größer die Kapazität. Die Elektrodenmaterialien und das Elektrolyt bestimmen die Spannung der Zelle. Die Spannung ist zudem vom Ladezustand der Zelle abhängig.

Schaltet man nun zwei Zellen parallen, so vergrößert man theoretisch nur die Fläche der Elektroden, und es müsste sich eine Gesamtzelle mit einer Kapazität aus der Summe der Einzelkapazitäten ergeben.

Hat man zwei getrennt Akkus, so weisen diese durch ihren Produktionsprozeß Unterschiede auf. Zudem haben selbst voll geladene Akkus nicht exakt denselben Ladezustand und damit unterschiedliche Spannungslagen der einzelnen Zellen und damit des gesamten Akkus.

Ein direktes Parallelschalten solcher zwei Akkus führt also zwangsläufig dazu, dass zwischen den Akkus Ausgleichsströme fließen: der vollere Akku läd den leereren Akku auf, bis beide die gleich Spannungslage haben. Dieses Umladen ist mit einigen Verlusten verbunden, d.h. hier geht schon durch Wärmeentwicklung Energie verloren. Diese steht dann dem Betrieb des Modells nicht mehr zur Verfügung. Der Verlust kommt durch die unvermeidlichen Innenwiderstände der Akkus zustande, an denen der Ausgleichsstrom in Wärme umgewandelt wird.

Dies kann man natürlich umgehen, indem man die Akkus einmal zusammen schaltet und dann nie wieder voneinander trennt. Nun, dann hätte man sich besser gleich ein größeren Akku besorgen sollen, denn selbst damit sind die Probleme nicht behoben.

Etwas verbessern lässt sich die Situation, indem man je zwei Zellen direkt parallel schaltet. Dies minimiert die Spannungsdifferenzen und damit ggf. die Ausgleichsströme. Leider haben die meisten fertigen Blei und NiMH-Akkus keine herausgeführten Zellenabgriffe. Nun, und es gilt auch hier natürlich: da man diese Verschaltung nicht mehr lösen sollte, hätte man besser gleich einen größeren Akku erworben.

Durch Fertigungstoleranzen haben nominell gleiche und neue Akkus nie wirklich den gleichen Innenwiderstand. Durch vermehrte Ladezyklen nimmt der Innenwiderstand durch irreversible chemische Prozesse im Akku auch weiter zu. Schaltet man nun solche zwei Akkus parallel, so hat einer den niedrigeren Innenwiderstand. Der entnommene Strom verteilt sich also ungleich: der Akku mit dem niedrigeren Innenwiderstand liefert mehr Strom. Dadurch wird er wärmer als sein Partner. Leider ist der Innenwiderstand bei NiMh-Akkus zur Temperatur umgekehrt proportional: bei steigender Temperatur sinkt der Innenwiderstand. Der Akku mit dem stärkeren Stromfluss bekommt also einen noch niedrigeren Innenwiderstand, wodurch die Temperatur weiter steigt. Man hat also einen Mitkoppelungseffekt und damit ein instabiles System. Das führt dazu, dass im wesentlichen nur einer der Akkus tatsächlich entladen wird!

Diesen Effekt kann man verringern, indem die Akkus direkt miteinander körperlich verbunden werden (Schrumpfschlauch, Wärmeisolierung).

Diese Akkus sind wesentlich robuster in Bezug auf die Überladeeigenschaften. Bei offenen Bleiakkus ist die Überladung zum Teil sogar erwünscht, um Sulfatierungen durch Gasblasen wieder aufzulösen. Insofern ist das unkontrollierte Laden durch den Umladenvorgang kein Probleme für die Akkus. Natürlich geht hierbei Energie verloren (s.o.).

Bzgl. des Innenwiederstandes gilt im wesentlichen das Gleiche, wie bei den LiPo-Akkus.

Aus dem oben gesagten folgt für alle Akkutypen, dass man sie nur dann sinnvoll parallelschalten kann, wenn man die thermisch koppelt und auf Zellenebene parallel schaltet. Dies führt zwangsläufig zu einer mechanischen Einheit. Die Akkus lassen sich eigentlich nicht mehr wirklich für andere Zwecke voneinander trennen.

Dann hätte man sich besser einen größeren Akku gekauft!

Die hier vorgestellt Akkuweiche soll diese Beschränkung aufheben: mit ihr kann man temporär Akkus zusammen schalten. Dies ist im praktischen Betrieb äußerst flexibel.

Für einen ordnungsgemäßen Betrieb ist das Modul mit entsprechenden Kabeln zu versehen, die einen ausreichenden Querschnitt aufweisen. Die vorhandenen Lötaugen sind auf Kabel 12AWG abgestimmt.

Die Anschlüsse Akku 1 (+) / Gnd sind mit dem Akku 1 zu verbinden.

Die Anschlüsse Akku 2 (+) / Gnd sind mit dem Akku 2 zu verbinden.

Die Anschlüsse Out (+) / Gnd stellen den Ausgang dar. Vor hier aus erfolgt die weitere Verbindung zu den Verbrauchern im Modell oder zum Hauptschalter.

Um das Modul gegen Feuchtigkeit zu schützen, empfielt es sich, das Modul mit Polyurethan-Lack-Schutzlack (z.B. Kontakt 70) zu überziehen. Bitte kleben Sie jedoch voher (falls noch nicht angelötet) die Lötringe für die Anschlußkabel ab.

Löten Sie alle Bauteile wie angegeben auf.

Beim Auflöten der MOSFETs ist darauf zu achten, dass die Verlötung auf der Platine mit der Rückseite der MOSFETs vollflächig erfolgt. Hierzu muss ein ausreichend starker Lötkolben verwendet werden. Achten Sie auch auf eine hohe Löttemperatur (400 °C) und eine kurze Lötdauer.

Pin 3 (Source) der MOSFETs muss mit sehr viel Lötzinn aufgelötet werden. Trotzdem darauf achten, dass kein Kurzschluß zu einer benachbarten Leiterbahn entsteht.

Die erste Inbetriebnahme muss unbedingt

erfolgen. Am Ausgang des Moduls schließen Sie ein Multimeter oder eine LED mit passendem Vorwiderstand an.

Stellen Sie am Netzteil ein:

Schließen Sie erst jetzt das Modul eingangsseitig an das Labornetzteil an. Die Strombegrenzung des Labornetzteils darf nicht ansprechen. Der Stromverbrauch sollte in der Anzeige nicht mehr als 2µA sein.